DE102007002129A1 - Composition for use as fermenting substrate, has mucilage obtained from vegetable oil production or refining, distillation residues from bio diesel production and fluids from phytoplankton or zooplankton in solute - Google Patents

Abstract

The composition has mucilage obtained from vegetable oil production and/or refining, distillation residues from the bio diesel production and fluids from phytoplankton or zooplankton in solute or particularly in suspension. The percentage of the mucilage is 40wt.% related to total mass of the assigned materials. The fluid contains 20wt.% of phytoplankton or zooplankton related to the total mass of the assigned materials. An independent claim is also included for a method for the processing of a composition.

Description

Die Erfindung betrifft Zusammensetzungen verwendbar als Gärsubstrat bestehend aus Prozessrückständen der Biodieselgewinnung sowie ein Verfahren zur Verarbeitung der Zusammensetzungen.The The invention relates to compositions useful as a fermentation substrate consisting of process residues of biodiesel production and a method of processing the compositions.

Stand der TechnikState of the art

Die Richtlinie 2003/30/EG des Europäischen Parlaments fördert die Verwendung von Biokraftstoffen oder anderen erneuerbaren Kraftstoffen und sieht vor, dass in Mitgliedstaaten der Europäischen Union bis Ende 2010 auf Biokraftstoffe mindestens ein Anteil von 5,75% aller Otto- und Dieselkraftstoffe für den Verkehrssektor entfällt. Vor dem Hintergrund derartiger Initiativen ist davon auszugehen, dass in Europa die Produktionskapazitäten für Treibstoffe aus nachwachsenden Rohstoffen wie Biodiesel weiter ausgebaut werden.The Directive 2003/30 / EC of the European Parliament the use of biofuels or other renewable fuels and provides that in Member States of the European Union Union by the end of 2010 on biofuels at least a share of 5.75% of all gasoline and diesel fuels for the transport sector eliminated. Against the background of such initiatives is assume that in Europe the production capacity for fuels from renewable raw materials such as biodiesel be further expanded.

Für die Herstellung von sogenanntem Biodiesel werden Pflanzenöle in einem katalytischen Umesterungsprozess mittels Methanol zu dieselähnlichen Kraftstoffen (Methylester) umgewandelt. Weiteres Nebenprodukt dieser Umsetzungsreaktion ist Glyzerin. Olivenöl, Sonnenblumenöl, Sojaöl, Palmöl, Leinöl oder Distelöl sind Beispiele für geeignete Pflanzenöle. In Europa wird vorwiegend Rapsöl als Ausgangsstoff für die Biodieselherstellung verwendet.For The production of so-called biodiesel are vegetable oils in a catalytic transesterification process using methanol to diesel-like Converted fuels (methyl esters). Another by-product of this Reaction reaction is glycerin. Olive oil, sunflower oil, Soybean oil, palm oil, linseed oil or thistle oil are examples of suitable vegetable oils. In Europe is mainly rapeseed oil as the starting material for the Used biodiesel production.

Das Pflanzenöl wird durch Auspressen, Extraktion oder vergleichbare Verfahren aus Ölsaaten gewonnen. Bei den mechanischen Aufschlussverfahren gilt es zwischen Kaltpressverfahren und den Fertigpresstechniken bei erhöhten Temperaturen zu unterscheiden. Der nach dem Pressvorgang verbleibende Feststoffrückstand – der sogenannte Presskuchen – kann roh bzw. raffiniert ggf. als Futter für Nutztiere verwendet werden. In DE 10 2004 031 647 wird die Verwendung von Fermentationsprodukten aus Rapspresskuchen als proteinreiches Lebensmittel beschrieben. Bei den Fertigpressverfahren treten bei höheren Temperaturen jedoch Denaturierungsvorgänge auf, die die Qualitätseigenschaften des Lebens- bzw. Futtermittels mindern und dadurch die Verwendungsmöglichkeiten in diesem Bereich stark einschränken.The vegetable oil is obtained by pressing, extraction or similar methods from oilseeds. In the mechanical pulping process, it is important to distinguish between cold-pressing and finishing techniques at elevated temperatures. The remaining after the pressing process residual solids - the so-called press cake - can be raw or refined, if necessary, used as feed for livestock. In DE 10 2004 031 647 describes the use of rapeseed cake fermentation products as a high protein food. In the finishing press processes, however, denaturation processes occur at higher temperatures, which reduce the quality properties of the food or feed and thus severely limit the possible uses in this area.

Zur Steigerung der Ölausbeuten kommen mitunter extraktive Verfahren zur Anwendung. Als Extrationsmittel ist Hexan gebräuchlich. In den Feststoffrückständen – dem sogenannten Extraktionsschrot – verbleiben mehr oder weniger hohe Anteile an Extraktionsmittelresten, was eine Nutzung im Food-Bereich im Allgemeinen ausschließt oder zumindest stark erschwert.to Increasing oil yields sometimes come from extractive processes for use. As an extender hexane is common. In the solid residues - the so-called Extraction shot - remain more or less high proportions of extractant residues, which is a use in the food sector Generally excludes or at least severely hampered.

Da die aus dem Aufschlussprozess gewonnene Flüssigfraktion neben dem gewünschten Pflanzenöl Verunreinigungen enthält, erfolgt vor dem Umesterungsprozess eine vorgelagerte Reinigung. In diesem obligatorischen Behandlungsschritt werden die als Schleimstoffe bezeichneten Verunreinigungen in einer wässrigen Spülphase (Soapstock) abgetrennt. Der Soapstock enthält u. a. Phosphatide, Tocopherole, Sterole, Wachse, verschiedene Farbträger wie z. B. Chlorphyll, Carotin sowie freie Fettsäuren. Eine Entsorgung dieser Rückstände über die öffentliche Kanalisation ist nicht zulässig.There the liquid fraction recovered from the digestion process impurities in addition to the desired vegetable oil contains, before the transesterification process an upstream Cleaning. In this obligatory treatment step, the as mucilages designated impurities in an aqueous Rinsing phase (Soapstock) separated. The soapstock contains u. a. Phosphatides, tocopherols, sterols, waxes, various color carriers such as As chlorophyll, carotene and free fatty acids. A Disposal of these residues via the public Sewerage is not allowed.

Die beschriebenen Behandlungsschritte stellen Vorbehandlungsverfahren dar. Im eigentlichen Biodieselherstellungsprozess wird raffiniertes Pflanzenöl mit Methanol in Gegenwart von reaktionsbeschleunigenden Additiven zu Methylester und Glyzerin umgesetzt. Nach der Separation des Methylesters wird die mit Glyzerin angereicherte Phase unter Anwendung thermischer Trennprozesse wie Destillation oder Rektifikation aufbereitet. Bei den betrachteten thermischen Trennprozessen stellt das Glyzerin die flüchtige Komponente dar und geht in die Gasphase über. Im Sumpf der Destillations- bzw. Rektifikationskolonne verbleiben die schwer flüchtigen Bestandteile. Dieser Destillationsrückstand – auch Mong-Phase genannt – setzt sich vorwiegend aus Salzen und Seifen zusammen und ist ebenfalls für eine Mitbehandlung in Kläranlagen für häusliche Abwässer nicht geeignet.The described treatment steps provide pretreatment In the actual biodiesel production process becomes refined Vegetable oil with methanol in the presence of reaction-accelerating additives converted to methyl ester and glycerol. After separation of the methyl ester the glycerol-enriched phase is applied using thermal Separation processes such as distillation or rectification processed. at The considered thermal separation processes is glycerine the volatile component and enters the gas phase. Remain in the bottom of the distillation or rectification column the heavy volatiles. This distillation residue - too Called Mong phase - is composed mainly of salts and Soaps together and is also for a co-treatment in sewage treatment plants for domestic wastewater not suitable.

Die sogenannte Fettphase stellt ein weiteres Abfallprodukt der Biodieselherstellung dar, die bei der Methanolrückgewinnung anfällt. Zunächst wird die methanolhaltige Phase aus dem Umesterungsprozess destillativ aufgeschlossen. Im Kolonnensumpf verbleibt eine glyzerinhaltige Fraktion (Glyzerinwasser), welches anschließend mittels Fettabscheider von den Fettbestandteilen befreit wird. Nach Verfahren gemäß DE 196 22 601 können diese fetthaltigen Abscheiderinhalte (Fettphase) zu einem Biokraftstoff für motorbetriebene Blockheizkraftwerke aufbereitet werden. Derartige Verfahren sind jedoch störanfällig und mit einem hohen Aufwand verbunden.The so-called fat phase represents another waste product of biodiesel production, which is obtained in the methanol recovery. First, the methanol-containing phase from the transesterification process is digested by distillation. A glycerol-containing fraction (glycerol water) remains in the bottom of the column, which is then freed from the fatty components by means of a grease separator. According to the method according to DE 196 22 601 For example, these greasy separator contents (fat phase) can be processed to a biofuel for motor-driven combined heat and power plants. However, such methods are prone to failure and associated with high costs.

Zusammenfassend ist festzustellen, dass es für Rückstände aus der Biodieselherstellung einschließlich der vorgelagerten Behandlungsschritte zur Pflanzenölgewinnung gegenwärtig keine ökonomisch vertretbare und ökologisch hochwertige Verwertungsmöglichkeiten bzw. Entsorgungswege gibt.In summary, it is currently not economically viable for residues from biodiesel production, including the upstream treatment steps for vegetable oil production bare and ecologically high-quality recycling options or disposal routes.

Aufgabenstellungtask

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine einfache und praktikable Methode für eine effiziente und nachhaltige Verwendung der entsorgungspflichtigen Rückstände aus der Biodieselherstellung bereitzustellen. Hierbei sollen die Rückstände möglichst in ihrer Gesamtheit als Einzelsubstrate oder in Mischungen einer Verwertungsschiene zugewiesen werden. Ferner soll die Erfindung ermöglichen, dass die Rückstände direkt und somit ohne weitergehende Aufbereitungsschritte verarbeitet werden können. Unter Beachtung des Grundsatzes der Nachhaltigkeit soll der Nutzwert der Einsatzstoffe erhöht und hierdurch die Gesamtwertschöpfung gesteigert werden.task The present invention is to provide a simple and practicable Method for efficient and sustainable use of waste requiring disposal from the To provide biodiesel production. Here are the residues if possible in their entirety as individual substrates or be assigned in mixtures of a utilization rail. Further the invention is intended to allow the residues directly and thus processed without further processing steps can. In compliance with the principle of sustainability should increase the value of the feedstock and thereby the total value added can be increased.

Gegenstand der Erfindung sind Zusammensetzungen aus Schleimstoffen (Soapstock) aus der Pflanzenölraffination, Destillationsrückstände (Mong-Phase) aus der Biodieselproduktion sowie ggf. weiteren Fluiden, die Phytomasse oder Zoomasse gelöst oder partikulär in Suspension enthalten, wobei auf den Gehalt an Schleimstoffen mindestens 40 Masseprozent bezogen auf die Gesamtmasse der Mischung entfällt.object compositions of mucilages (soapstock) of the invention from vegetable oil refining, distillation residues (Mong phase) from biodiesel production and possibly other fluids, the phytomass or zoomasse dissolved or particulate contained in suspension, based on the content of mucilage at least 40% by weight based on the total mass of the mixture eliminated.

In überraschender Weise konnte gezeigt werden, dass derartige Mischungen hervorragende Gärsubstrate für die Erzeugung von heizwertreichen, methanhaltigen Gasen darstellen. Gegenüber der Vergärung der betreffenden Monosubstrate weisen die erfindungsgemäßen Zusammensetzungen deutlich geringere Redoxpotenziale auf, wodurch der bakterielle Gärprozess optimal ablaufen kann. Gleichzeitig wird ein Verhältnis von Kohlenstoff zu Stickstoff zu Phosphor von etwa 80 zu 250 zu 4 zu 0,5 bis 1 eingestellt, so dass eine ausreichende und ausgewogene Nährstoffversorgung gegeben ist. Die erfindungsgemäßen Zusammensetzungen zeichnen sich weiterhin durch einen verminderten Gehalt an Hemmstoffen aus, wodurch insbesondere die Mong-Phase einer Vergärung zugänglich gemacht wird. Bei Verwendung von Gärsubstraten gemäß der beschriebenen Zusammensetzungen bilden sich im Vergleich zur Vergärung der betreffenden Monosubstrate insgesamt deutlich stabilere Biozönosen aus.In surprising It could be shown that such mixtures outstanding Fermentation substrates for the production of high calorific value, represent methane-containing gases. Opposite the fermentation the monosubstrates concerned have the inventive Compositions significantly lower redox potential, thereby the bacterial fermentation process can proceed optimally. simultaneously becomes a ratio of carbon to nitrogen to phosphorus from about 80 to 250 to 4 to 0.5 to 1, leaving a sufficient and balanced nutrition is given. The invention Compositions are further characterized by a reduced Content of inhibitors, which in particular the Mong phase of a Fermentation is made available. Using of fermentation substrates according to the described Compositions are formed in comparison to fermentation the monosubstrates in question significantly more stable biocenoses out.

Eine besondere Ausführungsform enthält Zusammensetzungen in folgenden Mengenverhältnissen: Soapstock (Schleimstoffe) 65 bis 85 Masseprozent Destillationsrückstand (Mong-Phase) 10 bis 20 Masseprozent Fettphase 0 bis 5 Masseprozent A particular embodiment contains compositions in the following proportions: Soapstock (mucilage) 65 to 85% by mass Distillation residue (Mong phase) 10 to 20% by mass fat phase 0 to 5% by mass

Neben Schleimstoffen, die aus dem Raffinationsprozess von Rapsöl gewonnen werden, eignen sich generell auch Rückstände aus der Raffination anderer Pflanzenöle.Next Mucilages resulting from the refining process of rapeseed oil In general, residues are also suitable from the refining of other vegetable oils.

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung werden neben den genannten Basiskomponenten weitere Flüssigsubstrate zu einer Mischung vereinigt. Hierfür kommen grundsätzlich alle Fluide in Frage, die gärfähige Phyto- oder Zoomasse enthalten. Zu den in Frage kommenden Einsatzstoffen zählen beispielsweise Glyzerin bzw. die glyzerinhaltigen Phasengemischen aus der Biodieselproduktion. Zur Sicherstellung der vorteilhaften Substrateigenschaften wird der Gesamtgehalt dieser optional einsetzbaren Zusatzkomponenten auf 20 Masseprozent begrenzt.In Another embodiment of the invention are in addition the said base components further liquid substrates combined to a mixture. For this come in principle all fluids in question, the fermentable phyto- or Zoomasse included. Among the possible feedstocks include For example, glycerol or the glycerol-containing phase mixtures from the biodiesel production. To ensure the beneficial Substrate properties will be the total content of this optional Additional components limited to 20 percent by mass.

Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Verarbeitung der vor genannten Zusammensetzungen in einem herkömmlichen Gärprozess, bei dem das Gemisch vor dem Eintrag in den Fermenter zum Anmaischen von Gärsubstraten mit hohen Trockensubstanzanteilen verwendet wird. Hierdurch können auch Substrate mit Trockenmassegehalten von mehr als 15 Masseprozent wie Gülle, Klärschlamm, Schlempe, Molke, Silagen (Gras, Mais u. a.), Küchenabfälle oder Mycelschlämme einer Vergärung zugänglich gemacht werden. Gegenüber einer Befeuchtung des Gärsubstrates mit Wasser werden auf diese Weise Verdünnungseffekte vermieden.One Another object of the invention is a method for processing the aforementioned compositions in a conventional Fermentation process, in which the mixture before entry into the Fermenter for mashing fermentation substrates with high dry matter content is used. This also allows substrates with dry matter contents of more than 15% by mass, such as manure, sewage sludge, Vinasse, whey, silage (grass, maize, etc.), kitchen waste or mycelial sludge accessible to fermentation be made. Towards a moistening of the fermentation substrate with water dilution effects are avoided in this way.

Vor dem Anmaischen wird das Rohsubstrat zerkleinert. Für den Zerkleinerungsvorgang werden möglichst langsam laufende Apparate wie Trommel-, Schnecken- oder Hammermühlen eingesetzt, um den Schwermetallabrieb der Zerkleinerungsorgane zu verringern.In front The raw substrate is comminuted in the mash. For the Crushing process will be as slow as possible Apparatuses such as drum, screw or hammer mills are used, to reduce the heavy metal abrasion of the comminution organs.

Durch die in der Erfindung vorgeschlagene Anmaischung können die bei der Ölsaatenverarbeitung anfallenden Feststoffrückstände (Presskuchen bzw. Extraktionsschrot) gemeinsam mit den Schleimstoffen (Soapstock) und den Destillationsrückstande (Mong-Phase) einer Vergärung zugeführt werden. Hierdurch erhöht sich der energetische Nutzungsgrad, da nicht nur das Pflanzenöl, sondern auch die Ölsaatrückstände energetisch verwertet werden.By means of the mashing proposed in the invention, the solid residues (press cake or extraction meal) obtained during oilseed processing can be fed to fermentation together with the mucilages (soapstock) and the distillation residues (Mong phase). This increases the energy efficiency, as not only the vegetable oil, but also the oilseed residues be recycled.

Ein weiteres Merkmal des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Verarbeitung der vor genannten Zusammensetzung ist die Kopplung von Biodieselherstellung und Biogaserzeugung. Die bei der Biodieselherstellung anfallenden Prozessrückstände (Sopastock, Mong-Phase und Fettphase) werden mittels Überleitungen direkt der Biogasanlage zugeführt. Da die Rückstände aus der Biodieselherstellung erhöhte Temperaturen aufweisen, muss für die Durchführung des Biogasprozesses keine Heizwärme aufgebracht werden. In einem weiteren optionalen Schritt wird überschüssige Wärme aus dem Biodieselherstellungsprozess mittels Wärmetausch ausgekoppelt und zur Erwärmung des Gärsubstrates auf Temperaturen in einem Bereich von 50°C bis 60°C verwendet. In diesem Temperaturregime erfolgt der anaerobe Vergärungsprozess durch thermophile Bakterienstämme. Abgesehen von dem Vorteil einer beschleunigten Substratumsetzung im thermophilen Temperaturbereich spricht die unter diesen Bedingungen vorherrschende Hygienisierungswirkung für eine derartige Betriebsweise. Nach der Behandlung im Fermenter liegen somit hygienisierte Gärreste vor. Letzteres verbessert die Verwertungsmöglichkeiten der Gärrückstände insbesondere im Falle einer beabsichtigten landwirtschaftlichen Verwertung.One Another feature of the method according to the invention for processing the aforementioned composition is the coupling of biodiesel production and biogas production. The in the biodiesel production accumulating process residues (Sopastock, Mong phase and fat phase) are directly transferred by means of transitions Biogas plant supplied. Because the residues have elevated temperatures from biodiesel production, must for the implementation of the biogas process no heat is applied. In another optional Step gets out of excess heat coupled to the biodiesel production process by means of heat exchange and for heating the fermentation substrate to temperatures used in a range of 50 ° C to 60 ° C. In this temperature regime the anaerobic fermentation process takes place by thermophilic bacterial strains. Apart from the advantage an accelerated substrate conversion in the thermophilic temperature range speaks the prevailing hygienizing effect under these conditions for such operation. After treatment in the Fermenters are thus hygienized fermentation residues. The latter improves the potential for recovery of digestate especially in the case of an intended agricultural Recycling.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

• - DE 102004031647 [0004] - DE 102004031647 [0004]
• - DE 19622601 [0008] - DE 19622601 [0008]

Claims (9)

Zusammensetzungen verwendbar als Gärsubstrat, dadurch gekennzeichnet, dass sie Schleimstoffe (Soapstock) aus der Pflanzenölgewinnung bzw. -raffination, Destillationsrückstände (Mong-Phase) aus der Biodieselherstellung sowie gegebenenfalls weitere Fluide aus Phytomasse oder Zoomasse gelöst oder partikulär in Suspension enthalten und der Gehalt an Schleimstoffen mindestens 40 Masseprozent bezogen auf die Gesamtmasse der eingesetzten Stoffe beträgt.Compositions usable as a fermentation substrate, characterized in that they contain mucilages (soapstock) from the vegetable oil extraction or refining, distillation residues (Mong phase) from biodiesel production and possibly further fluids from phytomass or zoomasse or contained in suspension in particulate form and the content of mucilages at least 40 percent by weight based on the total mass of the substances used. Zusammensetzungen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die weiteren Fluide aus Phytomasse oder Zoomasse einen Gehalt von maximal 20 Masseprozent bezogen auf die Gesamtmasse der eingesetzten Stoffe enthalten.Compositions according to claim 1, characterized in that that the other fluids from phytomass or zoomasse a content of a maximum of 20 percent by weight based on the total mass of the used Contain substances. Zusammensetzungen nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die eingesetzten Stoffe in Mengenverhältnissen von Soapstock (Schleimstoffe) 65 bis 85 Masseprozent Destillationsrückstand (Mong-Phase) 10 bis 20 Masseprozent Fettphase 0 bis 5 Masseprozent enthalten sind.Compositions according to claim 1 and 2, characterized in that the substances used in proportions of Soapstock (mucilage) 65 to 85% by mass Distillation residue (Mong phase) 10 to 20% by mass fat phase 0 to 5% by mass are included. Zusammensetzungen nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass Glyzerin und/oder glyzerinhaltige Phasengemische aus der Biodieselherstellung enthalten sind.Compositions according to claims 1 to 3, characterized in that glycerol and / or glycerol-containing phase mixtures contained in the biodiesel production. Verfahren zur Verarbeitung einer Zusammensetzung gemäß Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass eine Vermengung mit vorzerkleinerter überwiegend als Feststoff vorliegender Biomasse in einer Mischvorrichtung derart erfolgt, dass der Trockenmassegehalt der austretenden Mischung maximal 15 Masseprozent beträgt und anschließend die Mischung in einem Fermenter unter fortlaufender Durchmischung einem Vergärungsprozess unterzogen wird.Process for processing a composition according to claims 1 to 4, characterized that blending with pre-shredded predominantly as Solid biomass present in a mixing device such takes place that the dry matter content of the exiting mixture maximum 15 percent by mass, and then the mixture in a fermenter with continuous mixing a fermentation process is subjected. Verfahren nach Anspruch 5 dadurch gekennzeichnet, dass der Destillationsrückstand (Mong-Phase) und gegebenenfalls weitere Stoffwandlungsprodukte aus einer benachbarten Biodieselanlage über wärmeisolierte Überleitungen direkt und/oder über Zwischenspeicher in die Mischvorrichtung eingebracht werden.Method according to claim 5, characterized that the distillation residue (Mong phase) and optionally other metabolic conversion products from a neighboring biodiesel plant heat-insulated transfers directly and / or via Buffer be introduced into the mixing device. Verfahren nach Anspruch 5 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass mittels Wärmeaustauscher Prozesswärme aus einer benachbarten Biodieselanlage ausgekoppelt wird und zur Erwärmung des in den Fermenter eintretenden Stoffstromes genutzt wird.Method according to claims 5 to 6, characterized that process heat out by means of heat exchangers a neighboring biodiesel plant is decoupled and used for heating of the entering into the fermenter stream is used. Verfahren nach Anspruch 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der in den Fermenter eintretende Stoffstrom auf Temperaturen im Bereich von 30°C bis 40°C oder auf Temperaturen im Bereich von 50°C bis 60°C erwärmt wird.Method according to claims 5 to 7, characterized that the entering into the fermenter stream to temperatures in the range of 30 ° C to 40 ° C or at temperatures heated in the range of 50 ° C to 60 ° C becomes. Verfahren nach Anspruch 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass vorzerkleinerte Feststoffrückstände aus der Pflanzenölgewinnung bzw. -raffination der Mischvorrichtung zugeführt werden.Method according to Claims 5 to 8, characterized that pre-shredded solid residues from the Vegetable oil recovery or refining of the mixing device be supplied.